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Mechanically-activated solid-state synthesis of nanoparticles of HfB2, HfC and HfN from partially hydrated hafnium tetrachloride

Authors :
Barraud, Elodie
Bégin-Colin, Sylvie
Le Caër, Gérard
Barres, Odile
Villiéras, Frédéric
Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie (LSG2M)
Université Henri Poincaré - Nancy 1 (UHP)-Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Granulaires - Mousses
Institut de Physique de Rennes (IPR)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM)
Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
International Journal of Nanotechnology, International Journal of Nanotechnology, Inderscience, 2008, 5 (6-8), pp.649-659. ⟨10.1504/IJNT.2008.018687⟩, International Journal of Nanotechnology, 2008, 5 (6-8), pp.649-659. ⟨10.1504/IJNT.2008.018687⟩
Publication Year :
2008
Publisher :
HAL CCSD, 2008.

Abstract

International audience; Nanocrystalline hafnium diboride, carbide and nitride are synthesised by a two-step process, namely a short mechanical activation step (∼1?2 h) of powder mixtures based on partially hydrated hafnium tetrachloride, ph-HfCl4, and on magnesium, followed by a brief annealing step (∼1 h) of the activated powders in flowing argon at 1100?C. HfCl4 is a by-product of the carbochlorination process of extraction of zirconium from ores. Magnesium has a strong reducing capacity and is insoluble in metallic hafnium. The unsought reaction products may then be eliminated during the additional heat treatment or by further leaching. Mechanically activated powder mixtures of ph-HfCl4 + B and of ph-HfCl4 + B + Mg yield either facetted grains or monocrystalline rods of HfB2 according to the composition of the initial mixtures and to the temperature and duration of the annealing treatment. The mean size of the facetted grains ranges between 100 nm and 300 nm. The growth direction of the rods is along the c-axis. Their mean diameters are around 100 nm and their mean lengths are in the range 500 nm?1 um. Hafnium carbide HfC is directly mechanosynthesised from ph-HfCl4 + Mg + C powder mixtures. A subsequent heat treatment in flowing argon allows to better crystallise the grains of HfC (∼100 nm) and to decompose the intermediate products. Annealing of ground ph-HfCl4 + Mg blends in flowing nitrogen for 1 h at 1100?C yields HfN nanoparticles whose size ranges between 10 nm and 30 nm. Characterisations of powders by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning and transmission electron microscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy were performed to follow the phase evolution and to clarify the reaction mechanisms.

Details

Language :
English
ISSN :
14757435 and 17418151
Database :
OpenAIRE
Journal :
International Journal of Nanotechnology, International Journal of Nanotechnology, Inderscience, 2008, 5 (6-8), pp.649-659. ⟨10.1504/IJNT.2008.018687⟩, International Journal of Nanotechnology, 2008, 5 (6-8), pp.649-659. ⟨10.1504/IJNT.2008.018687⟩
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..0605756bef01192d2f56a7cf10ec58a3